Единицы измерения энергии в спектроскопии

В оптическую спектроскопию входят ультрафиолетовая спектроскопия, спектроскопия видимого диапазона и инфракрасная спектроскопия. Ультрафиолетовая спектроскопия занимает диапазон 200 – 400 нм, видимая спектроскопия диапазон 400 – 650 нм и инфракрасная спектроскопия – от 650 нм (0,65 мкм) до 25 мкм. Границы диапазонов являются несколько условными, так как свойства излучения постепенно изменяются с изменением длины волны.

С точки зрения квантовой теории свет излучается или поглощается отдельными порциями энергии в соответствии с соотношением Бора

где Е_k и E_i – энергии уровней, между которыми происходит переход; h – постоянная планка, равная 6,626 · 10^–27 эрг  с (6,626 · 10^–34Джс). разность энергий комбинирующих уровней пропорциональна частоте перехода – частоте поглощаемого или излучаемого света, измеряемой в с^–1. В этом случае шкала энергий пропорциональна шкале частот (в с^–1). Однако в спектроскопии больше всего пользуются шкалой энергий, измеряемых волновыми числами . Волновое число характеризует число длин волн, приходящееся на единицу длины, что соответствует записи . Если длина волны измеряются в см, то волновое число в см^–1 (в системе СГСМ). В системе СИ надо было бы пользоваться единицей, равной м⁺¹. Однако пользуются давно устоявшейся системой обозначений в спектроскопии и значения энергии обозначают в единицах с^–1 или см^–1. Переход от одной системы измерения к другой легко осуществляется по соотношениям

где с – скорость света;  – длина волны.

Из последнего выражения видно, что шкала энергий в длинах волн обратно пропорционально частоте в с^–1 или в см^–1. Во многих учебниках и монографиях можно встретить шкалы энергий, измеряемых в эВ или в абсолютных температурах. Под электрон-вольтом понимают энергию, которую приобретает электрон, проходя разность потенциалов в 1 В. Шкала абсолютных температур устанавливается согласно соотношению h = kT, где k – постоянная Больцмана; T – температура, при которой энергия фотона данной частоты  равна величине kT, являющейся мерой средней тепловой энергии. различные шкалы ( ) связаны переводными множителями, приведенными в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Переводные множители единиц измерения энергии

Единицы измерения энергии	см–1	с–1 = Гц	Дж	эВ	К
1 см–1	1	3  1010	1,9 10 –23	1,24 10–4	1,44
с–1 = Гц	3,34 10 –11	1	6,62 10–34	4,14 10–15	4,8 10–11
1 Дж	5,03 10 22	1,511033	1	6,24 10 18	7,24 1022
1 эВ	8065	2,4210 14	1,6 10–19	1	11605,4
1К	0,69	2,081010	1,38 10–23	0,86 10–4	1

В обратных сантиметрах ультрафиолетовый диапазон занимает область 50 000 ÷ 25 000 см^–1, видимый диапазон – 25 000 ÷15 400 см^–1 и инфракрасный диапазон – 15 400 ÷400 см^–1. В дальнейшем будем широко пользоваться волновыми числами (cм^–1), частотами в  (c^–1), длинами волн λ (нм) и электрон-вольтами эВ. При переходе от одной системы единиц измерения к другой необходимо пользоваться значениями коэффициентов, приведенных в табл. 2.1.